基于超级电容的输电线路架空地线电磁取能装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力领域，尤其涉及一种基于超级电容的输电线路架空地线电磁取能装置。
【背景技术】
[0002]随着国内外对电网自愈能力及电能资源优化配置要求的不断提高，新型智能电网的概念受到广泛的关注。以现代输配电网为基础的只能电网。建立在集成和高速双向的通信网络平台上，综合应用先进的传感和测量、计算机、微电子、电力电子、控制以及智能决策等技术，利用电网实时全景信息，进行实时监控、灾变防护和用户互动，以实现可靠、安全、经济、优质、高效的电网运行和可持续发展。输电线路在线监测系统作为智能电网输变电环节的重要组成部分，是实现输变电设备状态运行检修管理、提升生产运行管理精益化水平的重要手段。输电网络覆盖广阔，维护工作量大，架空输电线路一旦出现问题就会对国民生产造成重大影响，而智能电网自愈和自适应的要求，需要电力部门实时掌控输电线路运行的状态及时发现、快速诊断和消除故障隐患，避免大面积事故的发生。这种情况下，就迫切需要建立输电线路在线监测系统，为输电线路的可靠运行和及时检修奠定坚实的基础。
[0003]架空输电线路在线监测技术，相对人工巡检具有连续、及时反映输电线路状态信息等优点，据初步统计，目前国内外已将输电线路在线监测技术广泛应用于监测系统中的远传信号中继装置，杆塔倾斜，导、地线应力，线路巡检机器人等领域。输电线路在线监测装置安装在野外，受地理条件或绝缘条件的限制，其电源一般不能由低压端直接供给，现有的供电方式还存在各种技术经济方面的问题，在我国大力发展智能电网的趋势下，无法充分满足在线监测装置的供电需求。据四川地区的一次统计结果，因供电不足导致的输电线路在线监测故障占到总故障的40%以上。供能问题已成为制约输电线路在线监测技术进一步发展的瓶颈。
[0004]目前输电线路在线监测装置的取能方式有:太阳能+蓄电池、风能+蓄电池、输电线路在线取能等。
[0005]其中，太阳能供电系统一般包括太阳能硅电池、蓄电池组和充放电控制电路三个部分。太阳能硅电池只在光照时才能发电，不具备保存电能的能力，为了获得稳定的电源输出，保证能不间断地向负载供电，需要有蓄电池与太阳能娃电池并联连接(太阳能娃电池对电池进行充电)。光照充足时，太阳能硅电池一面向负载供电，一面对蓄电池充电，光照不足期间则由蓄电池向负载供电。蓄电池可以选用铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池及镍铁电池。太阳能供电系统不同工作状态的控制转换和相应的管理策略通过基于单片机的充-放电控制电路来实现。现有的蓄电池寿命均与充放电循环的次数有关，在标准电压和标准电流下充电，循环次数一般为600-1000次之间，即2-3年。理论上2-3年后必须更换新的蓄电池，这对必须长期稳定运行在户外高压端的在线设备来说是不方便的。另外，从蓄电池的一般特性来考虑，电池的容量随温度的降低而降低，铅酸电池尤为显着，镍氢与镍铁电池的最高工作温度不得超过40°C，而大容量的锂电池的价格相当高，受成本及容量的限制，不适合用做大容量蓄电设备。同时，太阳能电池供电功率直接取决于电池板的面积和蓄电池的容量，功率要求越大电池板体积也越大，这不利于安装，而且供电质量易受气候的影响，在南方多阴雨多雾的气候条件下供电功率明显不足。
[0006]风能供电系统一般包括小型风机、蓄电池组和充放电控制电路三个部分。风机只有在有风的时候才能发电，没有保存电能的能力，所以为了向负载稳定供电，也需要加入蓄电池，引入电源管理单元。在风大的时候，风机不仅向负载供电，而且还向蓄电池充电。在无风或风机输出功率过低的时候，蓄电池放电，向负载供能。采用风能对设备供电时，风机的供电功率取决于当地的气候条件，多风时，风机能向负载稳定供电，当在无风季节或风力较少的地方，风能供电稳定性较差，因此风能供电也有地域和季节制约。
[0007]输电线路在线取能，包括基于库仑电场原理和基于电磁感应原理的取能方式。前者需要采用高压电压互感器直接从高压导线上取能，但由于高压互感器装置体积较大，不利于导线对地绝缘，这种方式很少采用。基于电磁感应原理的在线取能方式，又分为基于导线和基于地线的取能方法。基于导线的在线取能方式是采用一个特殊的电流互感器(current transformer, CT)从高压传输线上获取所需要的能量。这种互感器不同于电力系统常见的那些用于计量、测量仪表及继电保护的CT，不要求保持足够的传变精度，也不要求二次侧短路，对传变精度要求也很低，只要能传递足够的能量即可。从线路上采用CT感应取能时，高压导线外套环形磁导体，通过电磁感应获取能量，该取能方式具有体积小，安装维护方便，绝缘封装简单的优点。但由于绝缘原因，这种取能方式仅适用于安装在高压导线上的监控装置。此外，这种方式受电网电流的影响较大，存在“取能死角”;最后，互感器绝缘损坏时，不仅不能起到隔离作用，反而会对二次侧设备或系统，以及人身安全带来致命的危害。基于地线的在线取能方法，目前主要有通过CT取能的方法，和利用线路上两根架空地线组成闭合回路获取感应电流的方法。前者所采用的方法与上述基于导线的取能方法相同，且不存在对应的缺点，是一种很有前途的在线取能方式。问题是地线电流通常较小，CT取能功率也很小，除非CT尺寸很大，但过大的尺寸必然会带来其它风险。对于后一种方法，也是一种比较好的在线取能方法，一般不存在取能功率不足的问题，但目前的取能装置设计一般都是基于蓄电池和锂电池组合，二者皆存在寿命与维护性能不佳的缺陷；极个别文献中讨论了基于超级电容的取能设计，但是其应用对象为导线取能，需要两个超级电容，分别用于储能和直接供能，控制电路比较复杂，而且仍然需要用到锂电池，有损装置整体的维护性能及使用寿命。
【实用新型内容】
[0008]有鉴于此，本实用新型提供一种基于超级电容的输电线路架空地线电磁取能装置以解决上述问题。
[0009]本实用新型提供的基于超级电容的输电线路架空地线电磁取能装置，包括冲击保护单元和用于将从线路上取能转换为符合要求的直流电压的处理单元，所述冲击保护单元的输出端与处理单元的输入端连接，所述冲击保护单元的第一输入端口与架空地线连接，所述冲击保护单元的第二输入端口与铁塔连接。
[0010]进一步，所述处理单元包括滤波电路、隔离变压器和整流电路，所述滤波电路包括第一滤波器，所述第一滤波器的输入端与冲击保护单元连接，所述第一滤波器的输出端与隔离变压器的输入端连接，所述隔离变压器的输出端与整流电路连接。
[0011]进一步，所述滤波电路还包括第二滤波器，所述整流电路包括整流桥、整流桥、整流输出电压控制单元和变流器，所述隔离变压器的输出端与整流桥的输入端连接，所述整流桥的输出端与第二滤波器的输入端连接，所述第二滤波器的输出端与整流输出电压控制单元的输入端连接用于对整流桥输出的直流电压进行调节，所述整流输出电压控制单元的输出端与变流器的输入端连接。
[0012]进一步，所述隔离变压器与整流桥之间还并联有稳压二极管。
[0013]进一步，还包括超级电容，所述超级电容通过开关与变流器的输出端连接。
[0014]进一步，还包括用于控制所述开关通断的电容监控单元，所述电容监控单元与变流器的输出端连接。
[0015]进一步，所述冲击保护单元包括避雷器和电涌抑制器，所述避雷器和电涌抑制器之间串接有电感。
[0016]本实用新型的有益效果:本实用新型直接从接地的架空地线取能，不仅可以解决绝缘问题，而且适用于位于地电位的监控设备，具有很好的工程应用价值，可大规模推广。针对雷电和操作波冲击的防护装置，滤波器，隔离变压器，以及保证DC-DC变流器输入在合理范围内的整流桥输出电压控制单元，同时具有很好的稳压功能，有利于限制地线电压或电流波动给负载供应电压带来的不利影响，同时保证使用安全。采用超级电容对负载供电，即可以保证断电时为负载足够的供电功率和供电时间，同时也具有免维护、工作温度范围宽，使用寿命长等优点。整流桥电压输出控制单元保证DC-DC变流器的输入在合理范围内，保证关键器件DC-DC变流器可靠工作；一旦超过超级电容的要求，则退出超级电容模组并由变流器对负载直接供电，保证超级电容可靠工作。
【附图说